锅炉燃烧过程的优化与控制

I 锅炉燃烧过程控制系统设计

摘 要

锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备之一。而锅炉燃烧所用的煤炭、重油等又是极其重要的战略资源,不可再生。因此锅炉的燃烧控制相当重要,控制不好将造成资源浪费、环境污染和效益低下。要使锅炉燃烧达到最佳的燃烧状态,锅炉燃烧控制系统对锅炉的燃烧过程进行自动化控制是至关重要的。

燃烧控制系统是电厂锅炉的主控系统，主要包括燃料控制系统、风量控制系统、炉膛压力控制系统。目前大部分电厂的锅炉燃烧控制系统仍然采用PID控制。

燃烧控制系统由主蒸汽压力控制和燃烧率控制组成串级控制系统，其中燃烧率控制由燃料量控制、送风量控制、引风量控制构成，各个子控制系统分别通过不同

的测量、控制手段来保证经济燃烧和安全燃烧。本文通过对整个燃烧系统的分析和研究，分别确定了锅炉燃烧控制系统中的主蒸汽压力控制系统和炉膛负压控制系统的控制方案，然后对其控制规律及参数进行选择和整定。在仪表选型时，采用了先进的数字式仪表，井以PID控制来实现，最后可达到锅炉安全、经济、高效的运行。

论文详细介绍了锅炉控制系统的设计，其中包括硬件结构、系统主要功能、系统硬件配置、软件设计原则、主程序流程等。系统投入运行后，锅炉的燃烧效 II 率和稳定运行情况都有了明显改善，有利于锅炉高效稳定运行，实现增产降耗的目标。

关键词：锅炉；燃烧控制；PID控制； III Control System Design of Boiler Combustion Process

Abstract

Boiler is chemical, oil refining, power generation and other industrial processes

essential to one of the important power equipment. Used in the boiler burning coal,

第２６卷第１期　２０１０年１月　齐齐哈尔大学学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｑｉｑｉｈａｒ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｖｏ１．２６．Ｎｏ．１　Ｊａｎ．，２０１０　

循环流化床锅炉优化燃烧控制方法　

陈淑鑫　，路义萍　，王建民　

（１．哈尔滨理工大学，哈尔滨１５００８０；２．齐齐哈尔大学计算中心．黑龙江齐齐哈尔１６１００６　３．青岛横河埃佛科技发展有限公司，…东青岛２６６０４２）　

摘要：针对循环流化床锅炉燃烧特点，以７５　ｈ／ｌ循环流化床锅炉控制为例．通过深人现场，吸取锅炉设计制造专　家及熟练操作人员的控制经验，提出了炉内燃烧控制系统参数的处理优化方案，完善循环流化床锅炉实现燃烧控　

制效果。　关键词：循环流化床锅炉；燃烧过程；传热计算；控制优化　

中图分类号：ＴＰ２７３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—９８４Ｘ（２０１０）０１—００１７—０３　

循环流化床锅炉（ｃｉｒｅｕｌａｔｉ・　ｇ　Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ　Ｂｅｄ　Ｂｏｉｌｅｒ，简称ＣＦＢＢ）是２０世纪７０年代发展起来的低污染高清洁　

高效燃烧锅炉，具有适应燃料性能广、调节负荷性能好、可综合利用灰渣等优点，冈受到多种冈素的影响　ＣＦＢＢ在燃烧、汽水控制过程较复杂，燃烧系统内部给煤、一、二次风、返料耦合性强，燃烧与汽水也有复　杂的耦合关系，燃烧过程的非线性和滞后使对象波动值较大，难于建立精确的数学模型，常规控制方案很　

难得到理想的控制效果。目前国内ＣＦＢＢ锅炉控制基本采用操作人员手控方式。　

１　ＣＦＢＢ燃烧过程特性　

ＣＦＢＢ燃烧特点突出表现在循环和流化两方面，ＣＦＢＢ不需要制粉系统，经破碎符合一定粒度要求（粒径　

０～１５　１１１１１１）的煤从前墙或回料阀的多处给料点直接送人炉膛。给煤量主要受负荷指令和燃料Ｊｘｌ交又联锁信号　的控制，和常规煤粉炉的控制机理是相同的。安全燃烧的主要指标是控制炉膛温度分布，特别是料床温度需　

控制在８５０～９５０￣Ｃ，这一温度范同也恰与最佳脱硫温度吻合。在远低于常规煤粉炉炉膛的温度水平下燃烧，　体现了低污染物排放和避免燃烧过程中的结渣等问题的优越性，防止床温过高出现结焦或床温过低出现熄　

数控技术　ｌ兰　｝　｝　。ｌ与应用　

敖培　李贺　李明ｚ杨百顺　李延强。张纪　（１．河南师范大学计算机与信息工程学院河南新乡４５３００７；２．河南师范大学软件学院　河南新乡４５３００７；３．河南师范大学政治与公共管理学院河南新乡４５３００７；４．河南师范大学漯河医学院河南漯河４６２０００）　摘要：为了克服在对锅炉燃烧过程进行控制时传统控制参数整定方法费时且不能保证获得最佳的性能的问题本文提出一种基于粒子群优化的锅　炉燃烧控制方法，即以各系统误差性能指标ＩＴＡＥ和为适应度，ｉｇ￣ＰＳＯ自动获取各控制器最优参数。仿真结果表明，采用本文方法可以使整个系统达到　较好的控制性能。　关键词：粒子群算法ｓｉｍｕｌｉｎｋ建模锅炉燃烧过程　中图分类号：ＴＭ７１５　文献标识ｔＬ￣：Ａ　文章编号：１００７—９４１６（２０１４）１　１－００１Ｏ－Ｏ１　１引言　锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要动　力设备。锅炉燃烧过程自动控制的基本任务是既要提供热量适应蒸　

０　２０　４Ｏ　∞　８０　炉胜负压输出　图１系统仿真结果　１００　ｍＳ　汽负荷的需要，又要保证燃料的经济性与锅炉运行的安全性。在对　锅炉燃烧过程进行控制时，蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控制　系统和炉膛负压控制系统三个子系统互相影响，传统控制参数整定　的方法费时且不能保证获得最佳的性能。本文提出一种基于粒子群　优化的锅炉燃烧控制方法，即以各系统误差性能指标ＩＴＡＥ和为适应　度，运用ＰＳＯ对在建立好的Ｓｉｍ１１１ｉｎｋ控制系统模型进行各控制器参　数的优化。仿真结果表明，采用本文方法，可以自动的确定控制器最　优参数使整个系统达到较好的控制性能。　２基于粒子群算法的控制器优化　目前，对于控制器参数主要是人工调整，这种方法不仅费时，而　且不能保证获得最佳的性能。ＰＳＯ已经广泛应用于函数优化、神经网　络训练、模式分类、模糊系统控制以及其他应用领域【ｌ１。这里首先在　Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中建立控制系统模型，然后运用ＰＳＯ进行控制器参数的优　化设计，误差性能指标选择ＩＴＡＥ，并以ＩＴＡＥ值作为ＰＳＯ的适应值。　优化过程如下：ＰＳＯ产生粒子群（可以是初始化粒子群，也可以是更　新后的粒子群），将该粒子群中的粒子依次赋值给控制器的参数，然　后运行控制系统的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模型，得到该组参数对应的性能指标，　该性能指标传递￣ＩＪＰＳＯ中作为该粒子的适应值，最后判断是否可以　退出算法。算法流程如下：　Ｓｔｅｐ　１：初始化粒子群，随机产生所有粒子的位置和速度，粒　子依次赋值给Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模型中的控制器参数，运行控制系统模型，　根据返回的适应值确定粒子的最优位置和整个粒子群的最优位置。　Ｓｔｅｐ　２：对每个粒子，将其适应值与该粒子所经历过的最优位　置的适应值进行比较，如较好，则将其作为当前的最优位置。　Ｓｔｅｐ　３：对每个粒子，将其适应值与整个粒子群所经历过的最　优位置的适应值进行比较，如较好，则将其作为当前整个粒子群的　最优位置。　Ｓｔｅｐ　４：按照式ＶⅢ＝ＶＣＶｔ＋ｃ１ｒｌ（Ｐｔ－ｘｔ）＋ｃ，ｒ，（Ｇｔ－ｘｔ）和ｘ…＝ｘ十＋仉ｆ１　更新粒子的速度和位置。　Ｓｔｅｐ　５：如果没有满足终止条件，则返回Ｓｔｅｐ２；否则，退出算法，　得到最优解。　一　…下转第１２页　收稿日期：２０１４－１１－２４　基金项目：河南省教育厅科学技术研究重点项１／１基础研究计划Ｎｏ．１３Ａ４１３５０６；河南师范大学青年科学基金项目Ｎｏ．０１１１６４０００３１：河南师范　大学大学生创新创业训练计３ｔ＇】项目Ｎｏ．２０１４０１５７，Ｎｏ．２０１４０１５８　作者简介：敖培（１９７９－－），女，蒙古族，辽宁沈阳人，讲师，博士，硕士生导师，研究领域为智能信息处理；张￣０９８８一），男，汉族，河南漯河人，硕士　研究生，研究领域为农业信息化；李贺（１９８９一），男，汉族，河南周口人，硕士研究生，研究领域为农业信息化；李明（１９９３－－），男，汉族，河　南襄城人，本科，研究领域为计算机科学与技术；杨－ｆｉＤ，ｌ￣（１９９２－－），男，汉族，河南商城人，本科，研究领域为计算机科学与技术；李延强　（１９９３　，男，汉族，河南中牟人，本科，研究领域为思想政治教育。

循环流化床锅炉燃烧系统控制优化策略

摘要 本文在对循环流化床锅炉（cfd, circulating fluidized

bed）及其燃烧系统进行论述的基础上，提出了基于模糊控制的燃烧系统优化设计方案。

关键词 循环流化床；cfd；燃烧系统；控制系统

中图分类号tk22 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2012）59-0038-02

0 引言

由于循环流化床锅炉的燃烧过程涉及到一系列的基础课题研究，导致其燃烧机理较为复杂。锅炉的燃烧温度的控制受到诸多的因素所影响，尤其是它还受到出燃烧系统以外的其他系统的影响，多者之间存在着极其复杂的耦合关系，具有极强的时变现象。虽然当前国内已经有多种类型和型号的循环流化床锅炉投入到实际的生产运行当中，但是在控制水平上来讲还较低，尤其是在锅炉的燃烧控制系统方面存在的差距较大，锅炉涉及的高性能指标难以达到。而当前从国外引进相应的资料和技术等都存在着较大的困难，因此急需开发一套可行的循环流化床锅炉燃烧系统控制系统。

1 循环流化床锅炉及其燃烧系统

1.1 循环流化床锅炉的基本结构及工作原理

循环流化床锅炉主要由炉膛、气固分离器、灰回送系统、尾部受热面和其他的辅助设备等几个基本的部分构成，部分循环流化床

锅炉还设置有外设的热交换器。在锅炉的整个工作流程中，燃料和脱硫剂（石灰石等）经过破碎处理成为合适的粒度，通过锅炉的给料机与给煤机送入到锅炉的燃烧室的布分板上部，然后和燃烧室中所含的高温沸腾物料等充分的混合，之后在短时间内被加热到很高的温度，迅速的燃烧起来。其中所含有的脱硫剂（石灰石）将与燃烧所生成的发生反应，生成污染小得，达到脱硫的目的。通常而言，循环流化床燃烧室的温度主要控制在850℃～950℃之间，这样在速度较高的气流作用之下，就能再整个炉膛当中进行充分的燃烧，提高燃烧的效率，同时高速的气流还可以从燃烧室中带出大量的燃烧固体颗粒，有效的减少其中的固体沉积物。在锅炉中的高温旋风分离器进行分离处理之后，部分温度较高的热炉料被直接的输送到流化床锅炉的燃烧室中进行再次的燃烧，而其他的部分则被输送到冷灰床当中，在这里与其中的空气与埋管的受热面等进行热交换，直到被冷却到400℃~600℃之后，通过送灰器输送到燃烧室或者是直接排除炉膛。而经过高温旋风分离器排出的高温烟气，除了在烟道尾部与对流受热面进行热交换，进行热回收之后，直接通过静电除尘或者是布袋除尘等方式处理，最后从烟囱中排除。